DE102006004223A1

DE102006004223A1 - Verfahren und Mittel zum Schalten einer hydromechanischen Kraftübertragung

Info

Publication number: DE102006004223A1
Application number: DE102006004223A
Authority: DE
Inventors: Frederic W. Eden Prairie Pollman
Original assignee: Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2006-08-10
Also published as: US7354368B2; US20060172854A1

Abstract

Ein Verfahren zur Erzielung von Schaltvorgängen hoher Qualität mit einer hydraulischen Einheit nahe bei einer Nullpunktverschiebung unter Verwendung von Klauenkupplungen. Dieses Verfahren beinhaltet das Wählen der entsprechenden Verschiebung und Zuordnung (ob die hydrostatische Einheit als eine Pumpe oder als ein Motor arbeitet) einer hydraulischen Einheit mit geringer Verschiebung während des Schaltvorgangs, das Wählen der entsprechenden Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungselementen, das Wählen der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der der Schaltvorgang erfolgt, sowie das Festlegen der Schaltfolgen der Verschiebungsänderungen der hydraulischen Einheiten mit einer Steuerungseinrichtung, um die gewünschten Schaltbedingungen zu erzielen.

Description

Diese Erfindung betrifft hydromechanische Kraftübertragungen. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren für Schaltmoden innerhalb einer hydromechanischen Kraftübertragung.

Hydromechanische Kraftübertragungen werden häufig in Fahrzeugen verwendet, in denen die Schaltqualität und insbesondere die Weichheit des Schaltvorgangs sowie eine kontinuierliche Kraftabgabe innerhalb der Kraftübertragung von Bedeutung sind. Innerhalb der hydromechanischen Kraftübertragung befinden sich eine Reihe von Zahnrädern, die separate Moden innerhalb der Kraftübertragung ermöglichen, üblicherweise ein erster Modus für niedrige Drehzahlen und ein zweiter Modus für hohe Drehzahlen. Diese Änderungen im Modus werden üblicherweise mit einem Kupplungselement durchgeführt und erfolgen vorzugsweise ohne eine Änderung des Übertragungsverhältnisses, indem die einrückende Kupplung in Eingriff gebracht wird, wenn der erste und der zweite Modus nahezu synchrone Drehzahlen aufweisen.

Um den vorhandenen Raum wirksam zu nutzen, werden für die Durchführung dieses Schaltvorgangs Klauenkupplungen verwendet. Eine Klauenkupplung kann verwendet werden, wenn die Drehzahldifferenz der Kupplungselemente gering genug ist und die Kupplungsdrehmomentrichtung und – größenordnung zufriedenstellend sind. Gelegentlich kann eine Kupplungselementsynchronisiereinrichtung verwendet werden, um das Erreichen der zufriedenstellenden Drehzahldifferenz zu unterstützen. Leider haben Synchronisiereinrichtungen eine begrenzte maximale Drehmomentleistung und machen es außerdem erforderlich, dass das Drehmoment unter einen Grenzwert absinkt, um den Schaltvorgang abschließen zu können.

In hydromechanischen Kraftübertragungen gibt es derzeit während des Schaltvorgangs eine Zeitspanne, in der ein erstes Kupplungselement aus dem ersten Modus ausgerückt wird und das zweite Kupplungselement noch in den zweiten Modus einrücken muss. Während dieser Zeit wandert die Drehzahl der Übertragungselemente in Richtung eines sich verringernden Drehmoments ab. Folglich kann, wenn ein Schaltvorgang mit einer der hydrostatischen Einheiten bei oder nahe bei einer Nullpunktverschiebung erfolgt, die Drehzahl dieser Einheit nicht aktiv gesteuert werden.

Daher kann die Drehzahl der hydrostatischen Einheit abhängig davon, ob die Einheit vor dem anfänglichen Schaltvorgang als eine Pumpe oder als ein Motor diente, entweder zunehmen oder abnehmen. Umgekehrt gibt es nur eine geringe Auswirkung auf die Funktion der Kraftübertragung, wenn eine Einheit mit Nullpunktverschiebung die Drehzahl ändert, um Schaltvorgänge durchzuführen. Folglich muss beim Einsatz von Klauenkupplungen ein Schaltverfahren angewendet werden, bei dem die Zuordnung der hydraulischen Einheiten Berücksichtigung findet.

Obwohl auf dem Gebiet hydromechanischer Kraftübertragungen Fortschritte erzielt wurden, bestehen immer noch Probleme. Wenn eine der hydraulischen Einheiten nahe bei einer Nullpunktverschiebung liegt, liegt die Drehzahl der anderen nahezu bei Null. Somit bedeutet es für die Einheit mit geringer Drehzahl eine relativ große Änderung der Verschiebung, um eine entsprechende Strömungsänderung zu erzeugen. Folglich kann sowohl eine geringe Verschiebung als auch eine niedrige Drehzahl Toleranz- und Nutzungsprobleme bewirken, die sich auf das Erreichen der gewünschten Drehzahl- und Drehmomentbedingungen, wie sie für einen korrekten Schaltvorgang erforderlich sind, störend auswirken. Folglich besteht auf diesem Fachgebiet ein Bedarf, ein Schaltverfahren zu entwickeln, mit dem die Schaltqualität in einer hydromechanischen Kraftübertragung bei Vorhandensein dieser Toleranz- und Nutzungsprobleme verbessert werden kann.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, Schaltvorgänge von höherer Qualität innerhalb einer hydromechanischen Kraftübertragung zu realisieren.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Schaltverfahren bereitzustellen, das in einer oder nahe bei einer Drehmomenttotzone einer hydromechanischen Kraftübertragung durchgeführt werden kann.

Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Klauenkupplungen zu verwenden, um das Schaltverfahren zu verbessern.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine aktive Steuerung für die hydrostatischen Einheiten während des Schaltverfahrens bereitzustellen.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Messung mehrerer Variablen zu verwenden, um die Schaltqualität zu verbessern.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale oder Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Ansprüchen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten von Zahnrädern innerhalb einer hydrostatischen Kraftübertragung sowie die Vorrichtung zur Durchführung desselben. Die hydrostatische Kraftübertragung verwendet eine erste variable Verschiebungseinheit, die mit einem Planetenzahnradsystem verbunden ist, sowie eine zweite variable Verschiebungseinheit. Zusätzlich hat die Kraftübertragung eine drehbare Welle, die betriebswirksam mit der zweiten variablen Verschiebungseinheit verbunden ist, sowie eine daran vorgesehene feststehende Kupplungsscheibe, die entweder in ein erstes Kupplungselement oder in ein zweites Kupplungselement eingreifen kann, um einen Eingriff in das Planetenzahnradsystem zu bewirken. Wenn das erste Kupplungselement in Eingriff mit der feststehenden Kupplungsscheibe steht, wird eine erste Kupplung erzeugt, wodurch die Kraftübertragung in einem ersten Modus angetrieben wird. Wenn das zweite Kupplungselement und die feststehende Kupplungsscheibe in Eingriff stehen, wird eine zweite Kupplung erzeugt, und die Kraftübertragung läuft in einem zweiten Modus. Während des Betriebs ist das erste Kupplungselement an einem ersten Kupplungszahnrad befestigt, das eine erste Drehzahl hat, und das zweite Kupplungselement ist an einem zweiten Kupplungszahnrad befestigt, das eine zweite Drehzahl hat. Diese erste und die zweite Drehzahl sowie die erste und die zweite variable Verschiebungseinheit werden von einer elektronischen Steuerungseinheit elektrisch überwacht.

Diese Patentschrift beschreibt ein Verfahren zum Erzielen von Schaltvorgängen hoher Qualität mit einer hydraulischen Einheit nahe bei einer Nullpunktverschiebung unter Einsatz von Klauenkupplungen. Dieses Verfahren beinhaltet das Wählen der geeigneten Verschiebung und Zuordnung (abhängig davon, ob die hydrostatische Einheit als eine Pumpe oder als ein Motor arbeitet) der hydraulischen Einheit mit geringer Verschiebung während des Schaltvorgangs, das Wählen der geeigneten Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungselementen, das Wählen der geeigneten Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der der Schaltvorgang erfolgen soll, sowie das Festlegen der Schaltfolgen der Verschiebungsänderungen der hydraulischen Einheiten, um die gewünschten Schaltbedingungen zu erzielen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockdiagramm einer hydromechanischen Kraftübertragung;

2 ist eine schematische Darstellung der Zahnräder der hydromechanischen Kraftübertragung von 1;

3 ist eine grafische Darstellung volumetrischer Verluste in Abhängigkeit von der Verschiebung für Pumpen und Motoren;

4 ist eine grafische Darstellung der Strömung der Einheiten in Abhängigkeit von der Verschiebung für Pumpen und Motoren;

5 ist eine grafische Darstellung der Drehmomentverluste der Einheiten in Abhängigkeit von der Verschiebung für Pumpen und Motoren;

6 ist eine grafische Darstellung des Drehmoments in Abhängigkeit von der Verschiebung für Pumpen und Motoren;

7 ist eine grafische Darstellung der Drehzahländerung in Abhängigkeit von der Verschiebung für Pumpen und Motoren;

8A ist eine grafische Darstellung der Elementdrehzahlen des ersten und des zweiten Kupplungszahnradelements in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Schaltvorgangs mit synchroner Drehzahl;

8B ist eine grafische Darstellung der Elementdrehzahlen des ersten und des zweiten Kupplungszahnradelements in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit für Hochschaltvorgänge während der Fahrt eines Fahrzeugs;

8C ist eine grafische Darstellung der Elementdrehzahlen des ersten und des zweiten Kupplungszahnradelements in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit für Hinunterschaltvorgänge während der Fahrt eines Fahrzeugs;

8D ist eine grafische Darstellung der Elementdrehzahlen des ersten und des zweiten Kupplungszahnradelements in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit für Hochschaltvorgänge beim Abbremsen eines Fahrzeugs;

8E ist eine grafische Darstellung der Elementdrehzahlen des ersten und des zweiten Kupplungszahnradelements in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit für Hinunterschaltvorgänge beim Abbremsen eines Fahrzeugs;

9 ist eine Darstellung der Verschiebung der ersten und der zweiten variablen Verschiebungseinheit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit während der Fahrt des Fahrzeugs; und

10 ist eine Darstellung der Verschiebung der ersten und der zweiten variablen Verschiebungseinheit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Abbremsen des Fahrzeugs.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Blockdiagramm der in zwei Moden arbeitenden hydromechanischen Kraftübertragung 10 der vorliegenden Erfindung. Die Übertragung 10 hat eine Eingangswelle 12, die drehbar mit einem Planetenzahnradsys tem 14 verbunden ist. Drehbar verbunden mit dem Planetenzahnradsystem 14 ist eine erste hydrostatische variable Verschiebungseinheit 16, die durch Fluid über die hydraulischen Fluidleitungen 19 mit einer zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18 in Verbindung steht. Das System 10 ist so ausgelegt, dass das Planetenzahnradsystem 14 mit der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18, abhängig vom gewünschten Modus der Kraftübertragung, durch eine erste Kupplung 20 oder eine zweite Kupplung 22 verbunden werden kann. Eine Ausgangswelle 24 wird, abhängig von der Drehung der Eingangswelle 12, von den Ausgängen der ersten und der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 16, 18 sowie von den Kupplungsvorgängen des Planetenzahnradsystems 14 durch die Kupplungen 20, 22, mit einer Ausgangsdrehzahl angetrieben. Eine elektronische Steuerungseinrichtung oder Steuerungseinheit 26 überwacht die Drehungen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 24 und betätigt, abhängig von den Wünschen eines Fahrers 28, die erste und die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 16 und 18 sowie die erste und die zweite Kupplung 20 und 22 nach Bedarf, um die gewünschte Ausgangsdrehzahl der Ausgangswelle 24 zum Antreiben einer Vorrichtung zu erzeugen.
2 zeigt das Planetenzahnradsystem sowie dessen Verbindung mit der ersten und der zweiten variablen Verschiebungseinheit 16 bzw. 18. Das Planetenzahnradsystem 14 wird durch die Eingangswelle 12 angetrieben, die ein Sonnenrad 30 antreibt. Das Sonnenrad 30 greift in ein erstes Planetenrad 32 und in ein zweites Planetenrad 34 ein und treibt ein drittes Planetenrad 36 mit einer Welle 38 sowie ein viertes Planetenrad 40 mit einer Welle 42 an. Das dritte und das vierte Planetenrad 36 und 40 greifen in einen Zahnkranz 44 und ein Sonnenrad 46 ein. Das erste, zweite, dritte und vierte Planetenrad 32, 34, 36 und 40 werden gemeinsam durch einen Träger 48 abgestützt, der drehbar mit der Ausgangswelle 24 mit einem ersten, fest daran befestigten Zahnrad 50 verbunden ist. Das Sonnenrad 46 umgibt drehbar die Ausgangswelle 24 und ist mit einem zweiten Zahnrad 52 verbunden, das drehbar die Ausgangswelle 24 umgibt und vom ersten Zahnrad 50 beabstandet vorgesehen ist. Somit ist das gesamte Planetenzahnradsystem 14 definiert.
Das Planetenzahnradsystem 14 ist drehbar mit einem dritten Zahnrad 54 verbunden, das fest an einer ersten drehbaren Welle 56 der ersten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 16 befestigt ist. Somit ist die Einheit 16 mit dem Planetenzahnradsystem 14 verbunden.
Die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 ist mit dem Planetenzahnradsystem 14 über ein Kupplungssystem 58 verbunden, das eine zweite drehbare Welle 60 der zweiten hydrostatischen variablen Verschie bungseinheit 18 in Kupplungseingriff bringt. Fest an der drehbaren Welle 60 ist eine feststehende Kupplungsscheibe 62 befestigt, die über die drehbare Welle 60 in Drehung versetzt wird und mit einem ersten Kupplungselement 64 in Kupplungseingriff gebracht werden kann, um die erste Kupplung 20 zu erzeugen, so dass die Übertragung 10 in einen ersten Modus versetzt werden kann, oder mit einem zweiten Kupplungselement 66 in Kupplungseingriff gebracht werden kann, um eine zweite Kupplung 22 zu erzeugen, so dass die Übertragung 10 in einen zweiten Modus versetzt wird. Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich, dass in diesem Verfahren Klauenkupplungen als Kupplungen 20 und 22 verwendet werden können. Am ersten Kupplungselement 64 ist ein erstes Kupplungszahnrad 68 befestigt, das in das erste Zahnrad 50 des Planetenzahnradsystems 14 eingreift. Am zweiten Kupplungselement 66 ist ein zweites Kupplungszahnrad 70 befestigt, das in das zweite Zahnrad 52 des Planetenzahnradsystems 14 eingreift.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich auch, dass, wenn die feststehende Kupplungsscheibe 62 und das erste Kupplungselement 64 eingreifen, um die Kupplung 20 zu erzeugen, die zweite variable Verschiebungseinheit 18 das erste Zahnrad 50 über das erste Kupplungszahnrad 68 antreibt, wodurch die Drehung der Ausgangswelle 24 in einem ersten Modus gesteuert wird. Wenn mittlerweile die feststehende Kupplungsscheibe 62 mit dem zweiten Kupplungselement 66 in Eingriff steht und dadurch die zweite Kupplung 22 erzeugt wird, steuert die zweite variable Verschiebungseinheit 18 die Drehung des zweiten Zahnrads 52 des Planetenzahnradsystems 14 über das zweite Kupplungszahnrad 70 und steuert folglich die Drehzahl der Ausgangswelle 24 in einem zweiten Modus.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich außerdem, dass dieses Planetenzahnradsystem 14 ein System von vielen ist, die für die Durchführung des Schaltverfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich weiterhin, dass die elektronische Steuerungseinrichtung oder Steuerungseinheit 26 elektrisch mit der ersten und der zweiten Kupplung 20 und 22 sowie mit der ersten und der zweiten hydrostatischen Einheit 16 und 18 verbunden ist, um das Schalten der Kraftübertragung zu steuern.
Im Betrieb wird, ausgehend von einer Null betragenden Ausgangsdrehzahl, die Kupplung 20 eingerückt und die Kupplung 22 ausgerückt. Die hydrostatische Einheit 16 hat eine Nullpunktverschiebung und die hydrostatische Einheit 18 eine maximale Verschiebung. In einem Fahrmodus gibt der Motor Kraft an die Welle 12 und an das Sonnenrad 30 ab. Die Eingangskraft wird aufgeteilt, wobei ein Teil davon zum Ring 44/Einheit 16 und ein Teil zum Träger 48/Ausgangswelle 24 geht. Wenn die hydrostatische Einheit 16 auf größere nega tive Verschiebungen erhöht wird (Eine Vorzeichenvereinbarung für hydraulische Einheiten ordnet positive Verschiebungen Motoren und negative Verschiebungen Pumpen zu.), treibt sie hydraulisch die hydrostatische Einheit 18 an, die wiederum durch die Kupplung 20 und den Zahnradsatz 50 und 68 zusätzliche Kraft an die Ausgangswelle 24 abgibt. Wenn sich die Ausgangsdrehzahl erhöht, nimmt die erste hydrostatische Einheit 16 weiterhin negativ zu, und die zweite hydrostatische Einheit 18 nimmt in der Verschiebung ab. Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich, dass die Steuerungseinrichtung 26 so programmiert ist, dass die gewünschte Logik zum Ändern der Verschiebung der ersten und der zweiten hydrostatischen Einheit 16 und 18 sowie zum wahlweisen Einrücken der ersten und der zweiten Kupplung 20 und 22 realisiert werden kann. Somit können Verschiebungsänderungen an den Einheiten durch die Steuerungseinheit 26 gleichzeitig in ihrer Schaltfolge festgelegt oder verändert werden.
Wenn die zweite hydrostatische Einheit 18 die Verschiebung verringert, nimmt ihre Drehzahl im Verhältnis zur Drehzahl der Ausgangswelle 24 und des Trägers 48 zu. Dadurch wird die Drehzahl des Zahnrads 68 erhöht, und gleichzeitig nimmt die Drehzahl des Sonnenrads 46 ab, wodurch die Zahnräder 52 und 70 verlangsamt werden. Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich, dass die Untersetzungsverhältnisse so gewählt werden, dass das Zahnrad 68 und das Zahnrad 70 in etwa synchron sind, wenn die zweite hydrostatische Einheit 18 bei einer Nullpunktverschiebung oder nahe bei einer Nullpunktverschiebung liegt. Dadurch ist es möglich, die Kupplungen 20 und 22 durch die Steuerungseinrichtung 26 ohne Änderung des Übertragungsverhältnisses zu wechseln. Nach dem Wechsel der Kupplungen 20 und 22 erhöht die Steuerungseinrichtung 26 weiterhin die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 in einer negativen Richtung, während die erste hydrostatische Einheit 16 bei oder nahe bei einer maximalen Verschiebung verbleibt. Dadurch wird weiterhin das Übertragungsverhältnis geändert und die Ausgangsdrehzahl erhöht. Vor und nach dem Schaltvorgang schaltet der hohe Druck in den geschlossenen Kreislaufleitungen 19 nicht von einer Seite auf die andere um, obwohl sich die Größenordnung des hohen Drucks ändern kann. Der Kraftfluss in der hydrostatischen Übertragung ändert seine Richtung, wenn die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 vor und nach dem Schaltvorgang ihr Vorzeichen ändert (von einem Motor zu einer Pumpe) und die Drehzahl der ersten hydrostatischen Einheit 16 vor und nach dem Schaltvorgang ihr Vorzeichen ändert. Nach dem Hochschalten wird beim Fahren die erste hydrostatische Einheit 16 zu einem Motor und die zweite hydrostatische Einheit 18 zu einer Pumpe.
Beim Hinunterschalten wird dieser Vorgang umgekehrt, und das Schalten in einen niedrigeren Drehzahlmodus wird dadurch erreicht, dass ein Wechsel von der zweiten Kupplung 22 zur ersten Kupplung 20 erfolgt, wenn die zweite hydrostatische Einheit 18 nahe bei einer Nullpunktverschiebung liegt. Bremshochschalt- und Hinunterschaltvorgänge werden gleichermaßen mit der ersten und der zweiten Kupplung 20 und 22 nahe bei einer synchronen Drehzahl und mit der zweiten hydrostatischen Einheit 18 nahe bei einer Nullpunktverschiebung durchgeführt. Bremsen erfolgt, wenn der Kraftfluss umgekehrt wird, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, wobei die Motorreibung genutzt wird, um die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs zu verzögern. Es sei darauf hingewiesen, dass hoher Druck die Seiten im geschlossenen Kreislauf 19 beim Bremsen ändert, wobei die Zuordnung der ersten und der zweiten hydrostatischen Einheit 16 und 18 durch Umschalten erfolgt. Obwohl diese Schaltvorgänge grundsätzlich ähnlich ablaufen, hat die Steuerungseinrichtung 26 vorzugsweise eine Logik, die so programmiert ist, dass jede Art des Schaltvorgangs in einer solchen Weise reguliert wird, dass die Schaltvorgänge, wie beschrieben, eine gleichbleibend hohe Qualität aufweisen.
Gemäß dieser Erfindung wird, wenn die Verschiebung der hydrostatischen Einheiten 16 und 18 am Schaltpunkt auf gewisse Verschiebungen eingestellt ist, die Schaltqualität innerhalb einer hydromechanischen Kraftübertragung verbessert. Um die gewünschten Verschiebungen der hydrostatischen Einheiten 16 und 18 zu bestimmen, muss der Fachmann auf diesem Gebiet die mit den hydrostatischen Einheiten 16 und 18 verbundenen volumetrischen und Drehmomentverluste beachten. Wenn eine hydrostatische Einheit 16 oder 18 kontinuierlich von einer positiven Verschiebung in eine negative Verschiebung geändert wird, wobei der hohe Druck auf der gleichen Seite des geschlossenen Kreislaufs verbleibt, ändert sich die Funktion der Einheit von einem Motor zu einer Pumpe. Mit Pumpen und Motoren verbundene Strömungs- und Drehmomentverluste sind bekannt, und sie wirken von der Nullpunktverschiebung aus in vorhersagbarer Weise. Wenn eine hydrostatische Einheit 16 oder 18 nahe bei einer Nullpunktverschiebung betrieben wird, erfolgt die Änderung von einem Motor zu einer Pumpe mit einer anderen Verschiebung für das Drehmoment als bei einem strömungsbezogenen Verhalten, und dies erfolgt in beiden Fällen nicht mit einer Nullpunktverschiebung. Dies beeinflusst die Verschiebung, bei der die hydrostatische Einheit 16 oder 18 während einer Modusumschaltung der hydromechanischen Übertragung ausrücken sollte.
Die 3-7 sind grafische Darstellungen, die unterschiedliche Qualitäten einer hydrostatischen Einheit bei unterschiedlichen Verschiebungen zeigen. Die der Verschiebung der Einheiten zugeordneten Bezugszahlen sind willkürlich und repräsentieren keine Maßeinheiten (z.B. Millimeter, Zoll, usw.). Die zugeordneten Bezugszahlen reichen von einer minimalen Verschiebung von 72, die als die maximale negative Verschiebung angesehen wird, bis zu einer maximalen positiven Verschiebung von 81. Die Bezugszahl 74 repräsentiert die hydrostatische Einheit bei einer Nullpunktverschiebung. Wie aus 3 ersichtlich, sind volumetrische Verluste grafisch dargestellt, während sich eine hydrostatische Einheit von einer positiven zu einer negativen Verschiebung bei einem konstanten Druck und einer konstanten Drehzahl ändert. Über diesen Bereich ändert die hydrostatische Einheit bei abnehmender Verschiebung ihre Zuordnung von einem Motor zu einer Pumpe. Motoren arbeiten allgemein im positiven Verschiebungsbereich und Pumpen allgemein im negativen Verschiebungsbereich. In der Nähe einer Nullpunktverschiebung erfolgt eine Überlappung der Funktion. In 3 sind die volumetrischen Verluste über den gesamten Verschiebungsbereich nahezu konstant. Bei einigen Ausführungen der Einheiten kann es in der Nähe einer Nullpunktverschiebung zu einer geringfügigen Erhöhung des volumetrischen Verlusts kommen.
Die Verluste der 3 sind auf die grafische Strömungsdarstellung der Einheit in 4 umgestellt, und dies schließt auch den Verschiebungsbereich von positiv zu negativ ein. Die Linie 82 repräsentiert eine theoretische Strömung ohne Verluste. Die Einheit beginnt erst mit einer Strömungserzeugung als eine Pumpe, wenn die endliche negative Verschiebung 73 erreicht ist. Für alle negativen Verschiebungen, die größer als 73 sind, erzeugt die Einheit eine Strömung in einer Menge, die kleiner als die theoretisch vorhergesagte Menge ist. Für Verschiebungen zwischen 73 und 74 (und größer) wirkt die Einheit hinsichtlich des Strömungsverhaltens als ein Motor; sie akzeptiert eine Strömung, deren Menge größer als die theoretisch vorhergesagte Menge ist.
5 zeigt Drehmomentverluste über den gleichen Verschiebungsbereich wie 3, und zwar unter den Bedingungen einer konstanten Drehzahl und eines konstanten Drucks. Bei einem Einsatz als ein Motor mit Drehmomenterzeugung nehmen die Verluste wesentlich zu, wenn sich die Verschiebung einer geringen, aber positiven Verschiebung 76 annähert. Somit nähert sich die interne Reibung innerhalb der hydrostatischen Einheit der Größenordnung des erzeugten Drehmoments an. Um die Drehzahl mit einer unter 76 abnehmenden Verschiebung aufrechtzuerhalten, muss Drehmoment zur Verfügung gestellt werden, und die Einheit wird hinsichtlich des Drehmomentverhaltens zu einer Pumpe.
Die Verluste von 5 sind auf die grafische Drehmomentdarstellung der Einheit in 6 umgestellt, und dies schließt auch den Verschiebungsbereich von positiv zu negativ ein. Die Linie 84 repräsentiert theoretisches Drehmoment ohne Verluste. Die Einheit erzeugt Drehmoment als ein Motor bei Verschiebungen, die größer als 79 sind. Für alle Verschiebungen, die kleiner als 78 sind, benötigt die hydrostatische Einheit Drehmoment, um sich zu drehen und hinsichtlich des Drehmomentverhaltens wie eine Pumpe zu wirken. Zwischen den Verschiebungen 79 und 78 gibt es eine Drehmomenttotzone, in der kein Nettodrehmoment benötigt wird, um die Drehzahl der Einheit aufrechtzuerhalten.
7 zeigt die Drehzahländerung, die erfolgt, wenn die Welle 60 der hydrostatischen Einheit unter den Drehzahl- und Druckbedingungen der 3-6 entkuppelt wird. Dies ähnelt einem Entkuppeln der hydrostatischen Einheit 18 während eines Schaltvorgangs. 7 geht von einer festen Strömungsquelle aus. Die in 7 dargestellte Drehzahländerung resultiert aus einem Ausgleich zwischen dem von einer hydrostatischen Einheit verfügbaren Drehmoment bei ihrem Gleichgewichtsdruck und den bei ihrer Gleichgewichtsdrehzahl verbrauchten Drehmomentverlusten. Oberhalb der Verschiebung 79 wirkt die Einheit als ein Motor und erhöht ihre Drehzahl in Abhängigkeit von der exakten Verschiebung, vom Druck vor dem Schaltvorgang sowie vom Drehmomentwirkungsgrad der Einheit. Unterhalb der Verschiebung 78 wirkt die Einheit als eine Pumpe, und die Drehzahl nimmt abhängig von der Verschiebung ab. Bei negativen Verschiebungen geht die Drehzahl der Einheit auf Null zurück, da eine Pumpe immer Drehmoment benötigt, um sich zu drehen. Bei geringen positiven Verschiebungen kann die Einheit bei einer nicht Null betragenden Drehzahl ihr Gleichgewicht erreichen, und die Einheit geht in den Motorstatus über, wenn die Drehzahl schneller als der Druck abnimmt. In der Drehmomenttotzone ändert sich die Drehzahl nicht, da von der Einheit kein Nettodrehmoment erzeugt oder verbraucht wird.
Die Position und Breite der Drehmomenttotzone werden durch die Drehmomentverluste und die Drehmomentpulsationen der Einheit bestimmt. Höhere Drehmomentverluste neigen dazu, die Drehmomenttotzone zu vergrößern, und höhere Drehmomentpulsationen neigen dazu, die Drehmomenttotzone zu verkleinern. Unter einigen Bedingungen können die Verschiebungen 79 und 78 zusammenfallen oder sich höher oder niedriger bewegen, was einen Mangel an einer vorhersagbaren oder nutzbaren Drehmomenttotzone zur Folge hat. Unter diesen Bedingungen gibt es immer noch einen Übergang von einer Motordrehmomentcharakteristik zu einer Pumpendrehmomentcharakteristik mit den daraus resultierenden Drehzahländerungen. 7 legt auch Zielschaltverschiebungen für hydrostatische Einheiten mit einer nicht nutzbaren Drehmomenttotzone fest, die unter Berücksichtigung von Toleranzen Verschiebungen von mehr als 79 für einen Motor und von weniger als 78 für eine hydrostatische Einheit mit einem Pumpendrehmomentverhalten bereitstellen.
Um einen Schaltvorgang innerhalb oder nahe der Drehmomenttotzone einer hydrostatischen Einheit zu erreichen, muss die hydrostatische Einheit nahe bei einer Nullpunktverschiebung arbeiten. In einer hydromechanischen Übertragung mit zwei variablen hydrostatischen Einheiten ist es, wenn eine hydrostati sche Einheit nahezu mit einer Nullpunktverschiebung betrieben wird, für die hydrostatische Einheit schwierig, ihre eigene Drehzahl zu steuern, weil es keine Druckrückkopplung zum Strömungseingang gibt. Außerdem hat eine geringe Variation der Leckage im geschlossenen Kreislauf eine große Variation in der Drehzahl oder der Verschiebung der Einheit zur Folge. Es ist daher besser, die große Verschiebungseinheit (d.h. die Einheit mit einer großen Verschiebung) so zu ändern, dass sie die Drehzahl der kleinen Einheit (d.h. der nahe bei einer Nullpunktverschiebung arbeitenden Einheit) steuert, sowie die Verschiebung der kleinen Einheit auf die gewünschte Menge voreinzustellen. Wenn die kleine Einheit nahe bei einer Nullpunktverschiebung eingestellt ist, haben Änderungen in der Drehzahl der kleinen Einheit während der Schaltvorgänge nur eine geringe Auswirkung auf den Betrieb der hydromechanischen Kraftübertragung.
Das Verhältnis zwischen der Verschiebung der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18 und der Art und Weise, wie sie das Schaltverfahren erleichtert, wird am besten unter Bezugnahme auf die 8A-8E beschrieben. Die 8A-8E zeigen in grafischer Darstellung die Drehzahl der feststehenden Kupplungsscheibe 62 unter Anwendung des beschriebenen Schaltverfahrens im Vergleich zur Fahrzeuggeschwindigkeit. In 8A repräsentiert die Linie 86 die Drehzahl des Klauenkupplungselements 64, das mit dem Zahnrad 68 verbunden ist. Das Kupplungselement 64 erhöht seine Drehzahl mit zunehmender Ausgangsdrehzahl. Die Linie 88 repräsentiert die Drehzahl des Klauenkupplungselements 66, das mit dem Zahnrad 70 verbunden ist. Das Kupplungselement 64 verringert seine Drehzahl mit zunehmender Ausgangsdrehzahl. Am Punkt C liegt die Drehzahl der zweiten hydrostatischen Einheit 18 nahe an ihrem maximalen Grenzwert. Am Punkt F haben die beiden Kupplungselemente 64 und 66 die gleiche Drehzahl. Mit der in der Drehmomenttotzone liegenden Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 kann die Scheibe 62 bewegt werden, um den Eingriff von der ersten Kupplung 20 auf die zweite Kupplung 22 zu ändern oder umgekehrt. Die Fähigkeit, dies gleichbleibend durchzuführen, hängt von der Breite und der Stabilität der Drehmomenttotzone, von der Toleranz der Einstellung der Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 sowie von den Einrückeigenschaften der Kupplungselemente ab. Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich, dass die Schaltfolge der ersten hydrostatischen Einheit 16 mit den Verschiebungsänderungen der zweiten hydrostatischen Einheit 18 abgestimmt werden kann, um die Genauigkeit der Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs zu erhöhen.
Die 8B-8E zeigen Schaltfolgen, die die Toleranzen in der Drehmomenttotzone der Einheit berücksichtigen. Diese Schaltfolgen schließen auch Klauenkupplungen mit Synchronisiereinrichtungen ein, die eine Drehmo mentverringerung unterhalb eines Grenzwerts erfordern, um einen vollständigen Eingriff zu erzielen.
8B zeigt einen Hochschaltvorgang beim Fahren, wie vorstehend beschrieben. Wie aus 8B ersichtlich, wird ein Schaltvorgang bei einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit E durch Ausrücken der ersten Kupplung 20 eingeleitet. Die Geschwindigkeit E ist geringer als die Drehzahl F, d.h. die synchrone Kupplungsdrehzahl. Am Punkt des Ausrückens dreht sich die feststehende Kupplungsscheibe 62 mit einer Drehzahl, die geringer als die erwünschte synchrone Drehzahl ist, die erforderlich ist, um das zweite Kupplungselement 66 in Eingriff zu bringen. Wegen der höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten reduziert die zweite hydrostatische Einheit 18 allgemein ihre Verschiebung und arbeitet oberhalb der Verschiebung 79 weiterhin als ein Motor (3-7). Unter diesen Bedingungen neigt die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 dazu, die Drehzahl beim Ausrücken der Kupplung 20 zu erhöhen. Wenn die Drehzahl der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18 zunimmt, steigert sie die Drehzahl der feststehenden Kupplungsscheibe 62, damit diese synchron mit dem zweiten Kupplungselement 66 wird, und nutzt somit den Vorteil der natürlichen Drehzahlerhöhung der zweiten variablen Verschiebungseinheit 18. Nach erfolgtem Eingriff wird die zweite variable Verschiebungseinheit 18 zu einer Pumpe, und folglich erfahren die Kupplungsscheibe 62 und das Kupplungselement 66 eine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts, wodurch ein Einrücken einer Klauenkupplung mit Synchronisiereinrichtungen, wie auf diesem Gebiet bekannt, ermöglicht wird.
8C ist eine grafische Darstellung des Hinunterschaltens während der Fahrt. Der Schaltvorgang wird bei der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit D durch Ausrücken der Kupplung 22 eingeleitet. Die Geschwindigkeit D ist geringer als die Geschwindigkeit E, so dass eine Hystereseschleife zur Erzielung fortgesetzter Umschaltungen existiert. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, hat die zweite hydrostatische Einheit 18 eine kleinere negative Verschiebung und behält eine Pumpendrehmomentcharakteristik unterhalb der Verschiebung 78 bei (3-7), und die zweite hydrostatische Einheit 18 tendiert somit bei einem Ausrücken der zweiten Kupplung 22 natürlicherweise zu einer Verlangsamung. Wegen der Abnahme der Drehzahl der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18 geht die Drehzahl der feststehenden Kupplungsscheibe 62 zurück und wird synchron mit dem ersten Kupplungselement 64, wobei zu diesem Zeitpunkt die erste Kupplung 20 in Eingriff gebracht wird. Nach erfolgtem Einrücken wird die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 zu einem Motor, und die feststehende Kupplungsscheibe 62 und das erste Kupplungselement 64 erfahren eine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts, wodurch ein vollständiges Einrücken der Klauenkupplungen mit Synchronisiereinrichtungen ermöglicht wird.
Die grafische Darstellung 8D zeigt die Drehzahl der feststehenden Kupplungsscheibe 62, wenn ein Hochschaltvorgang während des Bremsens erfolgt, beispielsweise während einer Bergabfahrt eines Fahrzeugs. Der Schaltvorgang wird bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit H durch Ausrücken der ersten Kupplung 20 eingeleitet. Die Geschwindigkeit H ist höher als die Drehzahl F, d.h. die synchrone Kupplungsdrehzahl. Anfänglich ist die einrückende Kupplung 22 nicht synchron, wenn das Kupplungselement 66 eine niedrigere Drehzahl als die Scheibe 62 aufweist. Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht die hydrostatische Einheit 18 die Verschiebung und bleibt unterhalb der Verschiebung 78 weiterhin eine Pumpe (3-7). Unter diesen Bedingungen neigt die hydrostatische Einheit 18 beim Ausrücken der ersten Kupplung 20 zu einer Verlangsamung. Wenn die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 18 abnimmt, wird die Scheibe 62 verlangsamt, damit sie synchron mit dem Kupplungselement 66 wird, und die zweite Kupplung 22 wird eingerückt. Nach erfolgtem Einrücken wird die hydrostatische Einheit 18, wenn die zweite Kupplung 22 Synchronisiereinrichtungen hat, zu einem Motor, und die Kupplungsscheibe 62 und das Kupplungselement 66 erfahren eine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts, um die zweite Kupplung 22 in vollständigen Eingriff zu bringen.
8E zeigt den letzten Schaltvorgang, d.h. ein während des Bremsens erfolgendes Hinunterschalten. Ein Schaltvorgang wird bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit G durch Ausrücken der zweiten Kupplung 22 eingeleitet. Die Geschwindigkeit G ist niedriger als die Geschwindigkeit H, so dass eine Hystereseschleife zur Erzielung fortgesetzter Umschaltungen existiert. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, hat die hydrostatische Einheit 18 allgemein eine abnehmende Verschiebung und arbeitet oberhalb der Verschiebung 79 weiterhin als ein Motor (3-7). Unter diesen Bedingungen neigt die zweite hydrostatische Einheit 18 dazu, die Drehzahl beim Ausrücken der zweiten Kupplung 22 zu erhöhen. Anfänglich hat das einrückende Kupplungselement 64 eine höhere Drehzahl als die Scheibe 62. Wenn die Drehzahl der zweiten hydrostatischen Einheit 18 zunimmt, erhöht die Einheit die Drehzahl der Scheibe 62, so dass sie synchron mit dem Element 64 wird, und die erste Kupplung 20 wird eingerückt. Nach erfolgtem Einrücken wird die zweite hydrostatische Einheit 18 zu einer Pumpe, und die Kupplungsscheibe 62 und das Element 64 erfahren eine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts, um die erste Kupplung 20 vollständig in Eingriff zu bringen.
Diese Schaltfolgen sind auch in den 9 und 10 dargestellt. In diesem Bereich wird die Eignung von Verschiebungsänderungen, insbesondere durch einen Schaltvorgang, analysiert. Die 9 und 10 zeigen die Schaltfolgen bei Verschiebungen der hydrostatischen Einheiten 16 und 18 durch einen Schaltvorgang sowie das Verhältnis zwischen Fahrzeugschaltgeschwindigkeiten aus den 8B-8E und den Zielschaltverschiebungen aus 7. Die Vorzeichenvereinbarung geht weiterhin von allgemein positiven Verschiebungen für Motoren und allgemein negativen Verschiebungen für Pumpen aus. Eine Einheit mit hoher Verschiebung hat eine nahe bei 72 oder 81 liegende Verschiebung (3-7). Eine Einheit mit geringer Verschiebung hat unterdessen einen Wert nahe bei 74 oder eine Nullpunktverschiebung.
Die 9 und 10 zeigen die vertikalen Verschiebungsachsen der Einheiten, die die körperliche Position des Hubmechanismus der Einheiten repräsentieren. Die linke Achse kennzeichnet die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 und die rechte Achse die Verschiebung der hydrostatischen Einheit 16. Die Achsenwerte entsprechen den Verschiebungen in den 3-6, wobei ein zusätzliches Suffix von -1 oder -2 die Werte der ersten und der zweiten hydrostatischen Einheit 16 und 18 anzeigt.
Im Fahrmodus beim Annähern an einen Hochschaltvorgang ist die erste hydrostatische Einheit 16 eine Pumpe mit zunehmender Verschiebung. Die zweite hydrostatische Einheit 18 ist ein Motor mit allgemein abnehmender Verschiebung. Aus 8B ergibt sich, dass ein Schaltvorgang bei der Fahrzeuggeschwindigkeit E eingeleitet wird. Die zweite hydrostatische Einheit 18 sollte dann eine Verschiebung von mehr als 79 haben (3-7), so dass ihre Drehzahl stets zunimmt, um die Kupplungsscheibe 62 und das Kupplungselement 66, selbst bei Vorhandensein ungünstiger Toleranzen, synchron laufen zu lassen.
9 zeigt die Verschiebung der ersten und der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheiten während des Schaltens, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit passend zu den 8D-8E zunimmt. In 9 repräsentieren die Bezugszahlen 90, 92, 94 und 96 hinsichtlich der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18 vorgenommene Messungen, und die Bezugszahlen 98, 100, 102 und 104 repräsentieren hinsichtlich der ersten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 16 vorgenommene Messungen. Ab dem Punkt 90, wobei die zweite hydrostatische variable Übertragung 18 eine Verschiebung von 80-2 erreicht, die größer als die Verschiebung 79-2 ist, ist die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als E, wodurch es der Einheit 18 möglich ist, immer die Verschiebung 80-2, unabhängig von Systemtoleranzen, zu erreichen und zu halten. Am Punkt 90 wird die Verschiebung der Einheit 18 bei 80-2 entlang der Linie 92 gehalten. Gleichzeitig ändert die erste hydrostatische Einheit 16 die Verschiebung am Punkt 98 entlang der Linie 100, um die Fahrzeuggeschwindigkeit auf E zu erhöhen. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt das Hochschalten von der ers ten Kupplung 20 auf die zweite Kupplung 22, wie vorstehend beschrieben und in 8B dargestellt, und die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 wird geändert, um die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter zu erhöhen. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten oberhalb des Punkts 102 kann die erste hydrostatische variable Verschiebungseinheit 16 konstantgehalten oder, falls gewünscht, auf ihre maximale negative Verschiebung 72-1 erhöht werden. Die Steuerungseinheit 26 stellt die Logik bereit, um eine der Verschiebungen der hydrostatischen Einheiten 16 oder 18 zu ändern sowie die erste und die zweite Kupplung 20 und 22 zu betätigen bzw. auszurücken. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, kreuzt die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 somit die Verschiebung 74 und hat vor dem Erreichen einer Fahrzeuggeschwindigkeit F folglich eine negative Verschiebung. Dies lässt Schaltzyklen zwischen Fahr- und Bremsumschaltungen zu.
Für Hinunterschaltvorgänge beim Fahren wird die Fahrzeuggeschwindigkeit D mit der zweiten hydrostatischen Einheit 18 bei einer Verschiebung von weniger als 78 erzielt. Dies ergibt sich aus 8C, wobei die hydrostatische Einheit 18 eine Pumpendrehmomentcharakteristik haben muss. Am Punkt 94 wird die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 bei 77-2 entlang der Linie 96 gehalten, und die erste hydrostatische variable Verschiebungseinheit 16 nimmt ab dem Punkt 102 entlang der Linie 104 ab. Bei der Fahrzeuggeschwindigkeit D wird der Schaltvorgang durch Entkuppeln der zweiten Kupplung 22 eingeleitet, so dass sich die zweite hydrostatische Einheit 18 verlangsamt, und das Kupplungselement 64 und die Kupplungsscheibe 68 werden synchron, so dass die erste Kupplung 20 in Eingriff gebracht wird und die zweite hydrostatische Einheit 18 zu diesem Zeitpunkt die Verschiebung negativ erhöht. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb des Punkts 98 kann die erste hydrostatische Einheit 16 auch zu einer kleineren negativen Verschiebung geändert werden.
10 zeigt die Verschiebung der ersten und zweiten hydrostatischen Einheiten 16 und 18, während das Fahrzeug passend zu den 8D und 8E abgebremst wird. Die Bezugszahlen 106, 108, 110, 112 repräsentieren hinsichtlich der zweiten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 18 vorgenommene Messungen, und die Bezugszahlen 114, 116, 118, 120 repräsentieren hinsichtlich der ersten hydrostatischen variablen Verschiebungseinheit 16 vorgenommene Messungen. Die Achsen sind ähnlich wie in 9 bezeichnet, wobei die linke Achse umgekehrt ist, wenn die zweite hydrostatische Einheit 18 das Vorzeichen ihrer Verschiebung geändert hat. Die Seite des geschlossenen Kreislaufs mit hohem Druck hat sich auch geändert. Die Verschiebungswerte haben ein B-Suffix für die umgekehrte Achse der zweiten hydrostatischen Einheit 18. Die rechte Achse bleibt unverändert, weil die erste hydrostatische Einheit 16 nicht das Vorzeichen ihrer Verschiebung geändert hat (obwohl sie die Drehrichtung und die Hochdruckseite geändert hat). Im Bremsmodus beim Annähern an einen Hochschaltvorgang ist die zweite hydrostatische Einheit 18 eine Einheit mit geringer Verschiebung und einem positiven Wert, und die erste hydrostatische Einheit 16 ist eine Pumpe. Die zweite hydrostatische Einheit 18 erhöht allgemein die Verschiebung, und die erste hydrostatische Einheit 16 bewegt sich zu einer größeren negativen Verschiebung hin. Aus 8D ergibt sich, dass ein Schaltvorgang bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit H eingeleitet werden sollte. Die zweite hydrostatische Einheit 18 sollte eine Verschiebung von weniger als 78 haben, so dass ihre Drehzahl stets abnimmt, damit das Kupplungselement 66 und die Kupplungsscheibe 62, selbst bei Vorhandensein ungünstiger Toleranzen, synchron werden. Die Steuerungseinheit 26 stellt die elektrischen Signale bereit, um die Verschiebungen der ersten und zweiten hydrostatischen Einheiten 16 und 18 zu ändern sowie die ersten und zweiten Kupplungen 20 und 22 zu betätigen bzw. auszurücken.
Wenn die Hochschaltvorgänge beim Bremsen durchgeführt werden, erreicht die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 die Verschiebung 77-2B am Punkt 106. Dies erfolgt bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit als H, um es der zweiten hydrostatischen Einheit 18 zu ermöglichen, die Verschiebung 77-2B unabhängig von Systemtoleranzen immer zu erreichen. Am Punkt 106 wird die Verschiebung der Einheit 18 bei 77-2B entlang der Linie 108 gehalten, und die erste hydrostatische Einheit 16 ändert gleichzeitig die Verschiebung am Punkt 114, um die Fahrzeuggeschwindigkeit auf H entlang der Linie 120 zu erhöhen. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt der Schaltvorgang, wie in 8D beschrieben, durch Ausrücken der ersten Kupplung 20 und durch Betätigen der zweiten Kupplung 22. Die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 kann wie am Punkt 110 geändert werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter zu erhöhen. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten oberhalb des Punkts 118 kann die erste hydrostatische Einheit 16, falls gewünscht, konstantgehalten oder auf ihre maximale Verschiebung 72-1 erhöht werden.
Für Hinunterschaltvorgänge beim Bremsen muss die Fahrzeuggeschwindigkeit G mit der zweiten hydrostatischen Einheit 18 bei einer Verschiebung von mehr als 79 erzielt werden. Am Punkt 110 wird die Verschiebung der Einheit 18 bei 80-2B entlang der Linie 112 gehalten, und die erste variable Verschiebungseinheit 16 nimmt entlang der Linie 116 ab. Bei der Fahrzeuggeschwindigkeit G wird der Schaltvorgang eingeleitet, und die zweite variable Verschiebungseinheit 18 wird beschleunigt, wodurch bewirkt wird, dass das erste Kupplungselement 64 und die feststehende Kupplungsscheibe 62 synchron werden. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb des Punkts 114 kann die erste variable Verschiebungseinheit 16 auch in der Verschiebung abnehmen. Bei abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit kreuzt die erste Einheit 16 die Verschiebung 74 und hat dann vor Erreichen der Fahrzeuggeschwindigkeit F, dem synchronen Drehzahlpunkt, eine negative Verschiebung. Dies lässt Schaltzyklen zwischen Fahr- und Bremsumschaltungen zu. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die erste hydrostatische Einheit 16 ihre Richtung erst dann umkehrt, wenn die zweite hydrostatische Einheit 18 die Verschiebung 73-2B passiert.
Es existieren auch andere Optionen für die Wahl der Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der Schaltvorgänge durchgeführt werden können, wenn die Kupplungserfordernisse der Fahrzeugsteuerungsauslegung von den beschriebenen Erfordernissen abweichen. Wenn beispielsweise die Kupplungen keine Synchronisiereinrichtungen haben und daher keine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts erfordern, können Hochschaltvorgänge beim Fahren bei der Fahrzeuggeschwindigkeit G eingeleitet werden (8A-10), wobei die zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 eine Verschiebung von 77-2 hat. Gleichermaßen können Hinunterschaltvorgänge beim Bremsen bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit E erfolgen (8A-10), wobei eine zweite hydrostatische variable Verschiebungseinheit 18 eine bei 77-2 liegende Verschiebung hat. Dadurch werden Hochschaltvorgänge bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit und Hinunterschalt- sowie Bremsschaltvorgänge bei einer höheren Drehzahl als bei Fahrschaltvorgängen aufrechterhalten.
Wenn eine Motorhysterese verwendet wird, um die Drehzahl von Hinunterschaltvorgängen unterhalb von Hochschaltvorgängen abzusenken und Bremsschaltvorgänge oberhalb von Fahrschaltvorgängen anzuheben, können Fahrhochschaltvorgänge bei der Fahrzeuggeschwindigkeit D und Fahrhinunterschaltvorgänge bei der Fahrzeuggeschwindigkeit E erfolgen. Gleichermaßen würden Bremshochschaltvorgänge bei G und Hinunterschaltvorgänge bei H durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, lediglich die Verschiebung der zweiten hydrostatischen Einheit 18 während des Schaltvorgangs zu ändern. Es gibt andere Schaltmöglichkeiten, die die Charakteristik der einrückenden Kupplungselemente bewahren, die sich zu einer synchronen Drehzahl hin bewegen, wenn die ausrückende Kupplung ausgerückt wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Schalten der hydromechanischen Kraftübertragung 10 mit der Steuerungseinheit 26. Vor dem Betreiben der hydromechanischen Kraftübertragung muss die Verschiebung bestimmt werden, bei der sich jede hydrostatische Einheit 16 und 18, wie vorstehend beschrieben, in einer Drehmomenttotzone befindet. Sobald diese Verschiebungen bestimmt sind, wird die Steuerungseinheit 26 programmiert, um die Verschiebung einer jeden der hydrostatischen Einheiten so zu steuern, dass bei einer vorbe stimmten Fahrzeuggeschwindigkeit eine der Einheiten 16 oder 18 eine Verschiebung hat, die innerhalb oder nahe bei der Drehmomenttotzone liegt, wenn ein Schaltvorgang zwischen einer ersten und einer zweiten Kupplung erfolgt. Somit ist die Einheit 16 oder 18, die eine Verschiebung innerhalb oder nahe bei der Drehmomenttotzone hat, eine Einheit mit geringer Verschiebung. Da das Schaltverfahren der vorliegenden Erfindung eine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts erzeugt, können Klauenkupplungen verwendet werden, um die Schaltfunktion zu erfüllen. Des weiteren kann die Steuerungseinheit 26 so programmiert werden, dass der Schaltvorgang erfolgt, wenn die Kupplungen synchrone Drehzahlen haben.
Von der Steuerungseinheit 26 werden die Drehzahlen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 24 gemessen, und der Einheit ist bekannt, welche Kupplung in Eingriff steht. Folglich kann die Steuerungseinheit 26 die Drehzahlen der ersten Einheit 16 und der zweiten Einheit 18 berechnen. Die Verschiebung der zweiten Einheit 18 kann aufgrund dieser Information geschätzt werden. Die Genauigkeit der Schätzung kann dadurch verbessert werden, dass der Systemdruck ausgeglichen wird und ein exaktes Maß für die Verschiebung der ersten Einheit 16 verfügbar ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann des weiteren das Schalten der Kraftübertragung bei einer Verschiebung einer hydrostatischen Einheit beinhalten, die gerade außerhalb der Drehmomenttotzone liegt, so dass sich die Drehzahl der hydrostatischen Einheit mit geringer Verschiebung in einer Richtung ändert, durch die die Kupplungen in eine synchrone Drehzahl bewegt werden. Dieses Verfahren kann erfolgen, wenn es sich bei dem Schaltvorgang um einen Hochschalt- oder einen Hinunterschaltvorgang handelt. Zusätzlich kann die Steuerungseinheit 26 so programmiert werden, dass die Schaltfolgen der Verschiebung der hydrostatischen Einheiten so festgelegt werden, dass eine entsprechende Weichheit des Schaltvorgangs sichergestellt wird. Außerdem kann die Steuerungseinheit so programmiert werden, dass die Schaltvorgänge bei vorbestimmten Drehzahlen erfolgen, obwohl es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht, dass sich die vorbestimmte Drehzahl für den Hochschaltvorgang von der vorbestimmten Drehzahl für den Hinunterschaltvorgang unterscheiden kann, um die gewünschte Schaltumgebung sicherzustellen. Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich außerdem, dass, selbst wenn der Schaltvorgang gerade außerhalb der Drehmomenttotzone liegt, noch eine Drehmomentreduzierung unterhalb eines Grenzwerts während des Schaltvorgangs erfolgt, so dass Klauenkupplungen verwendet werden können. Schließlich versteht es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet, dass die Steuerungseinheit 26 so programmiert werden kann, dass die hydrostatische Einheit mit hoher Verschiebung während des Schaltverfahrens bei der gleichen Verschiebung gehalten wird. Folglich sind alle beschriebenen Aufgaben erfüllt.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich, dass weitere verschiedene Modifizierungen an der Vorrichtung durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Modifizierungen und Änderungen fallen unter den Schutzbereich der Ansprüche und werden von diesen abgedeckt.

Claims

Verfahren zum Schalten einer hydromechanischen Kraftübertragung mit mindestens zwei hydrostatischen variablen Verschiebungseinheiten, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Verschiebung einer ersten hydrostatischen Einheit, wenn die Einheit in einer Drehmomenttotzone ist; und Schalten der Kraftübertragung bei der bestimmten Verschiebung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verschiebung der ersten hydrostatischen Einheit eine Einheit mit geringer Verschiebung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schalten zwischen einem ersten und einem zweiten Kupplungselement erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mindestens eine Kupplung eine Klauenkupplung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Schalten erfolgt, wenn das erste und das zweite Kupplungselement eine im wesentlichen synchrone Drehzahl haben.
Verfahren zum Schalten einer hydromechanischen Kraftübertragung in einem Fahrzeug mit einer hydrostatischen Einheit mit geringer Verschiebung und einer hydrostatischen Einheit mit hoher Verschiebung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Verschiebung der hydrostatischen Einheit mit geringer Verschiebung, wenn die Einheit nahe bei einer Drehmomenttotzone ist; und Schalten der Kraftübertragung bei einer Verschiebung außerhalb der Drehmomenttotzone unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Kupplungselements, so dass sich die Drehzahl der Einheit mit geringer Verschiebung in einer solchen Richtung ändert, dass die Kupplungselemente in eine synchrone Drehzahl bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Schalten der Kraftübertragung ein Hochschaltvorgang ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Schalten der Kraftübertragung ein Hinunterschaltvorgang ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die hydrostatische Einheit mit hoher Verschiebung geändert wird.
Verfahren ach Anspruch 9, bei dem eine Steuerungseinheit die Schaltfolge der Verschiebungen der hydrostatischen Einheiten festlegt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Kupplungselemente während des Schaltverfahrens einer Drehmomentreduzierung unterliegen.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs; und Programmieren einer Steuerungseinheit, um Hochschaltvorgänge bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit vorzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Hinunterschaltvorgänge bei einer vorbestimmten Drehzahl vorgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Einheit mit hoher Verschiebung während des Schaltvorgangs die Verschiebung nicht ändert.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Wert der geringen Verschiebung durch eine Steuerungseinheit bestimmt wird, die Messungen der Drehzahlen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle vornimmt.
Verfahren zum Schalten einer hydromechanischen Kraftübertragung in einem Fahrzeug mit einer hydrostatischen Einheit mit geringer Verschiebung und einer hydrostatischen Einheit mit hoher Verschiebung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Verschiebung der Einheit mit geringer Verschiebung, wenn die Einheit nahe bei einer Drehmomenttotzone ist; und Programmieren einer Steuerungseinheit, um zuerst die Verschiebung der Einheit mit geringer Verschiebung und dann die Verschiebung der Einheit mit hoher Verschiebung während einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Steuerungseinheit so programmiert ist, dass die Verschiebung der Einheit mit geringer Verschiebung fixiert ist, wenn die Verschiebung der Einheit mit hoher Verschiebung variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Verschiebung der Einheit mit geringer Verschiebung in einer unterschiedlichen Position fixiert ist, wenn das Fahrzeug seine Geschwindigkeit im Vergleich zu einer abnehmenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Einheit mit hoher Verschiebung nach einem unterschiedlichen Plan zur Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit als zum Verlangsamen der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird.